当前位置: 首页 >> 往期杂志>>  2020年目录>>  第1期 >> 正文
用作图法分析饱和点和补偿点的移动情况


 颜英波

(重庆市第一中学,400030)

   判断、分析饱和点和补偿点的移动情况是很多同学学习光合作用的难点,也是老师们教学中的难题,本文结合作图法和单因子变量法详细介绍了分析饱和点和补偿点移动情况的方法,帮助学生建立模型转换的思维方式和科学思维的模式。

关键词  饱和点   补偿点   作图法   单因子变量法   分析

 

随着环境条件的改变,光(或CO2)饱和点和光(或CO2)补偿点会发生相应的移动。判断、分析饱和点和补偿点的移动情况是很多同学学习光合作用的难点,也是老师们教学中的难题。在实际教学过程中我发现把作图法和单因子变量法结合起来分析饱和点和补偿点的移动情况是一个很不错的方法,老师教学变得更直观,学生理解起来更容易。饱和点是指光合速率开始达到最大值时的光照强度(或CO2浓度)[1],如图1中B点;补偿点是指净光合速率为零时的光照强度(或CO2浓度)[2],如图1中C点。当光照强度、温度、CO2浓度等环境因素改变时饱和点和补偿点会在横坐标上发生移动。

把环境因素改变前后看成是一组对照(或对比)实验,环境因素是该实验的自变量,然后以单因子变量原则对该实验进行分析。单因子变量就是实验的自变量,是一种假定为原因的变量,是实验者主动操纵的因素或条件,通过它的变化来引起其他变量的变化[3]。确定单因子变量后,以作图的方式比较环境因素改变前后的光合作用速率,再描点、连线就能分析出饱和点和补偿点的移动方向。下文在分析饱和点和补偿点的移动情况时都假定环境条件改变前后细胞呼吸速率不改变。

1  光补偿点的移动

1.1  适当升温或降温光补偿点将如何移动?  温度改变前后是一个对照实验,温度是该实验的自变量,光合作用速率是该实验的因变量,光照强度(原补偿点)和CO2浓度等就是无关变量。图2中B点是原来温度下的光补偿点,通过B点做横坐标的垂线,若原来的温度是最适温度,则温度适当升高或降低后都会导致酶活性下降,在B点对应的光照强度时光合速率会降低,此时的净光合速率小于零,即是B点正下方的某一点对应的纵坐标,如E点,连接AE并延长交横坐标于B'点,B'点就是升温或降温后的光补偿点,如图3,即在最适温度时适当升温或降温后光补偿点右移。若原来的温度低于最适温度,则温度适当升高后会导致酶活性升高,在B点对应的光照强度时光合速率会升高,此时的净光合速率大于零,即是B点正上方的某一点对应的纵坐标,如F点,连接AF交横坐标于B''点,B''点就是升温的光补偿点,如图4,即在最适温度前适当升温后光补偿点左移,故白天适当升温可以提高产量。              

 

1.2  增加CO2浓度后光补偿点将如何移动?  CO2浓度改变前后是一个对照实验,CO2浓度是该实验的自变量,光合作用速率是该实验的因变量。图2中B点是原来CO2浓度下的光补偿点,通过B点做横坐标的垂线, 增加CO2浓度后B点对应的光照强度时光合速率会升高,此时的净光合速率大于零,即是B点正上方的某一点对应的纵坐标,如F点,连接AF交横坐标于B''点,B''点就是增加CO2浓度后的光补偿点,如图4,即增加CO2浓度后光补偿点左移,所以增加CO2浓度可以增加产量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3  缺镁时光补偿点将如何移动?  镁是构成叶绿素的必需元素。缺镁前后是一个对照实验,镁离子浓度是该实验的自变量,光合作用速率是该实验的因变量。图2中B点是原来镁离子浓度下的光补偿点,通过B点做横坐标的垂线, 缺镁导致叶绿素含量下降,在B点对应的光照强度时光合速率会下降,此时的净光合速率小于零,即是B点正下方的某一点对应的纵坐标,如E点,连接AE并延长交横坐标于B'点,B'点就是缺镁后的光补偿点,如图3,即在缺镁时光补偿点右移,会导致产量下降,故要合理施肥。

2  二氧化碳补偿点的移动

2.1  光照增强后二氧化碳补偿点如何移动?  光照强度改变前后是一个对照实验,光照强度是该实验的自变量,光合作用速率是该实验的因变量。图5中B点是原来光照强度下的二氧化碳补偿点,通过B点做横坐标的垂线, 光照增强后B点对应的CO2浓度时光合速率会升高,此时的净光合速率大于零,即是B点正上方的某一点对应的纵坐标,如G点,连接AG交横坐标于B'点,B'点就是光照增强后二氧化碳补偿点,如图6,即光照增强后二氧化碳补偿点左移。那么光照减弱后二氧化碳补偿点就会右移,如图7,故增加光照强度可以增加产量。

 

 

   

 

 

 

 

 

      

 

2.2  温度适当改变后二氧化碳补偿点如何移动?  分析方法与1.1相同。在最适温度时适当升温或降温后二氧化碳补偿点右移,如图3(把横坐标改为CO2浓度)。在最适温度前适当升温后光补偿点左移,如图4(把横坐标改为CO2浓度)。  

2.3  缺镁时二氧化碳补偿点如何移动?  分析方法与1.3相同,二氧化碳补偿点右移,如图3(把横坐标改为CO2浓度),会导致产量下降,故要合理施肥。

3  光饱和点的移动

     植物出现光饱和点的实质是强光下暗反应跟不上光反应,从而限制了光合速率随着光强度的增加而增加。因此,限制饱和阶段光合作用的主要因素有CO2浓度和CO2固定速率(受羧化受酶活性、RuBP再生速率影响)[4],另外色素含量也会限制饱和阶段光合作用。因此光饱和点的移动情况就比较复杂了,必须根据题目的具体情况确定哪个因素是限制光合作用的主要因素?再进行具体分析。在此,我只分析增加CO2浓度后光饱和点的移动情况。增加CO2浓度改变前后是一个对照实验,CO2浓度是该实验的自变量,光合作用速率是该实验的因变量,假定色素和酶含量足够。在图4中延长AF与CD延长线交于E点,D点和E点的光照强度一样但E点CO2浓度高,故光合速率高于D点,但CO2没有被饱和,欲使增加的CO2都参与光合作用就必须提供更多的ATP和[H],即增加光照强度,也就是把AE继续延长至某一点时光合速率才达到最大,如G点。G点对应的光照强度C'就是增加CO2浓度后的光饱和点,即增加CO2浓度后光饱和点右移,如图8。由图8可知增加CO2浓度后光补偿点与光饱和点的距离加大,在同一光照强度时净光合速率变大,产量增加。

总之,若改变的条件有利于光合作用时,补偿点左移,饱和点右移;若改变的条件不利于光合作用时,补偿点右移,饱和点左移。利用作图法和单因子变量法可以直观地得到该结论。作图法和单因子变量法,在分析实验结果和实验数据时也是常用的、有效的思维方式。我们在平常的教学中应注重教学模式、思维方式的转变,把生硬的、难于理解的文字转换成直观的数学模型和物理模型,形成学科交叉,培养学生的理解分析能力、迁移思维能力。

主要参考文献

[ 1 ] 李合生,王学奎.现代植物生理学(第4版):116-117.

[ 2 ] 李合生,王学奎.现代植物生理学(第4版):118.

[ 3 ]史华波.高中生物实验设计的原则和方法[J].教学与管理,2012(1):81.

[ 4 ] 李合生,王学奎.现代植物生理学(第4版):117.

 

作者简介:颜英波,1972年9月26日,男,高级教师,理学学士。

 

| 杂志简介 | 投稿指南 | 版权信息 | 往期杂志 | 栏目设置 | 在线投稿 | 联系我们 | 最新论文 |
本网站版权归内蒙古科技杂志社所有 地 址:内蒙古呼和浩特新城西街 149 号 电0471-2521943